水泥基灌浆材料性能的影响因素

燕春福，孙德环, 张开伟，王俊，丁明庆

（1. 河北建设勘察研究院有限公司，河北 石家庄 050031；2. 中交一公局集团第三工程有限公司, 北京 101102；3. 交通运输部科学研究院，北京 100029 ）

水泥基灌浆料是以水泥、细骨料为基本材料，加入适量的混凝土外加剂及其他辅助材料形成的干混材料，加水拌和后具有大流动度，高强、早强、微膨胀等性能。最新的行业标准JC/T986-2018《水泥基灌浆材料》中，按流动度将水泥基灌浆料分四类：Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类；按抗压强度将水泥基灌浆料分为四个等级：A50、A60、A70、A80。

为取得高流态、防离析、无收缩等性能，需要在水泥基灌浆材料中掺加较多的组分，如减水剂、膨胀剂等，但上述组分物质的掺入对水泥基灌浆材料性能的影响较大。本文拟用普通硅酸盐水泥、普通河砂为基本材料，辅以硅灰、早强剂、减水剂等成分，制备出满足国家标准和行业标准的水泥基灌浆材料。

一、试验部分

（一）试验原材料

水泥：曲寨P·O42.5水泥；河砂：级配范围属Ⅱ区，细度模数为2.9，砂子含泥量为2.5%；粉煤灰：Ⅱ级灰，需水量比为96%，活性指数为95.6%；硅灰：由山东博肯硅材料有限公司生产，硅含量为93%；减水剂：聚羧酸粉剂；早强剂：甲酸钙；消泡剂：选用固体消泡剂。

（二）试验仪器

水泥胶砂搅拌机：型号为JJ-5；水泥压折一体机：型号为TYE-300D；恒温恒湿标准养护箱：型号为HBY-40A。以上设备均由无锡建仪仪器机械有限公司生产。

（三）试验方法

灌浆料性能按照国家标准GB/T 50448-2015（以下简称“国家标准”）和行业标准《水泥基灌浆材料》JC/T 986-2018（以下简称“行业标准”）规定的方案进行。水泥基灌浆材料配合比如表1所示。

表1.水泥基灌浆材料配合比

二、影响因素分析

（一）砂胶质量比对水泥基灌浆材料性能的影响

1、砂胶质量比对流动性的影响

本文分别进行了砂胶质量比为1、1.2、1.5的三组试验。通过试验发现，随着砂胶质量比的增大，水泥基灌浆材料的初始流动度和30min流动度均有所下降，当砂胶质量比为1.5时，30min流动度不满足国家标准及行业标准中对Ⅲ类水泥基灌浆材料流动度性能的要求。

2、砂胶质量比对抗压强度的影响

经过研究发现，当砂胶质量比为1时，水泥基灌浆材料各个龄期的抗压强度为最优；当砂胶质量比为1.5时，1d抗压强度不能满足国家及行业标准中对A50等级灌浆料的力学强度要求。通过对水泥基灌浆材料初始流动度、30min流动度和力学强度等各项指标的综合分析，初步确定胶砂质量比为1:1，并继续进行下一步试验。

（二）水料比对水泥基灌浆材料性能的影响

水料比是指水泥基灌浆材料中总用水量与全部组成材料总质量的比。表2为水料比对水泥基灌浆材料的流动性和抗折、抗压强度的影响。

表2.水料比对水泥基灌浆材料性能的影响

从表2可看出，随着水料比的增大，灌浆料的初始流动度及30min流动度均有不同程度的增大。水料比为0.15时，初始流动度为340mm，当水料比降到0.12时，流动度降到270mm，不符合国家及行业标准。在相同减水剂掺量条件下，随着水料比的增大，参与水泥水化的水分增多，其流动性越好。但用水量过多时，水泥基灌浆材料会产生泌水以及骨料沉降现象，强度会受到影响。

同时，随着水料比的增大，水泥基灌浆材料的抗压、抗折强度逐渐减小。其中，水料比对水泥基灌浆材料的1d抗压强度影响最大，水料比为0.15的1d抗压强度仅为12.6MPa，是水料比为0.12的1d抗压强度的47%；水料比为0.15的28d抗压强度为60MPa，是水料比为0.12的1d抗压强度的68%。这表明,水料比对水泥基灌浆材料早期强度的影响最显著，因此，在早期施工中应该严格控制水料比。

（三）砂子含泥量对水泥基灌浆材料性能的影响

含泥量过高可能会影响水泥的正常水化、妨碍骨料与水泥胶结强度的充分发展。本小节研究了砂子含泥量对水泥基灌浆材料流动性和力学性能的影响。试验结果如图1和表3所示。

从图1可看出，随着砂子含泥量的提高，水泥基灌浆材料的初始流动度和30min流动度均逐渐变小，且对30min流动度的影响最显著。与用水洗过的砂子相比，当含泥量为2.5%时，水泥基灌浆材料的流动性明显变差，因此，在施工过程中，应严格控制砂子含泥量或者添加适量的抑泥剂。

图1.含泥量对水泥基灌浆材料流动性的影响

表3.含泥量对灌浆料强度的影响

从表3可看出，随着砂子含泥量的提高，水泥基灌浆材料的抗压、抗折强度均出现不同程度降低。主要原因是泥隐藏于骨料与水泥胶结处，降低了骨料与水泥粘结的强度。当砂子含泥量为2.5%时，水泥基灌浆材料的抗压、抗折强度最高。含泥量为0时，水泥基灌浆材料的抗折、抗压强度偏低，可能是在冲洗过程中砂子的颗粒级配出现短缺，导致结构孔隙不致密，从而对材料的抗折、抗压强度产生了影响。

三、结语

本文通过系列试验分析研究了砂胶质量比、水料比、砂子含泥量等因素对水泥基灌浆材料流动性能、力学性能的综合影响，得出以下结论：

（1）砂胶质量比1:1、水料比0.13、砂子含泥量2.5%的水泥基灌浆材料的初始流动度、30min流动度分别为300mm、260mm，灌浆材料无泌水、离析现象，且1d、3d、28d抗压强度均满足标准要求。

（2）水料比越大，水泥基灌浆材料流动性能越好，但不同龄期的抗压强度有所降低。

（3）随着砂胶质量比的增大，水泥基灌浆材料的初始流动度和30min流动度均下降，抗压强度也有所降低。

（4）水泥基灌浆材料的初始流动度和30min流动度随着砂子含泥量的增大而逐渐下降，其中砂子含泥量对30min流动度的影响最明显；随着砂子含泥量增大，灌浆材料的抗压、抗折强度也有所下降。